渗氮、渗碳工艺与操作过程

一渗碳工艺(气体渗碳——煤油)：

渗碳钢的碳含量一般在0.12%~0.25%之间，其所含主要合金元素一般是铬、锰、镍、钼、钨、钛等。

○1把炉温升到800℃左右，断开电源打开炉盖，放入装好工件的工装，关闭炉盖升温到930℃左右。在升温过程中，打开风扇及煤油阀门，以每分钟160滴的速度滴入炉内，进行排气，同时打开试样孔和排气管并点燃排气火焰。排气时间一般为60~80分钟（保证温度到渗碳温度还要排气30分钟左右）；

○2当火焰为鸡蛋黄颜色时开始强渗了，此时要加大煤油的滴量，按每分钟180~200滴。在强渗时就可用放入试棒（含碳量少的材料，尺寸Ф8×100mm），关闭试样孔，炉压保持在6~10格——渗层深炉压取高值。渗碳速度一般按0.15~0.2mm/h来计算，如要渗层深度为0.8~1.2mm，则强渗时间为6小时，提前在强渗设定时间结束前半小时，取出试棒，观察渗层深度（试棒渗层深度一般为工件的一半，这边渗层深度靠操作工的肉眼加经验判断），深度够在强渗结束就可以开始扩散，否则增加强渗时间；

○3扩散期温度不变，减少煤油滴量，按每分钟100滴，一般扩散时间为60~90分钟，作用是均匀工件表层的碳溶度；

○4扩散期结束开始降温，此时断开加热器，降温到810℃左右，并在此温度保温10~20分钟。降温期减少煤油滴量，按每分钟60滴。保温结束时断开加热器，关闭风扇，打开炉盖，用行车吊起工装，垂直进入温度为50~70℃的油中冷却，冷却时上下左右轻轻摇动工装，一般冷却时间为10~20分钟左右，吊起工装时也要注意工件出油的温度。

○5冷却好的工件要在半个小时之内（防止工件开裂）进行低温回火，温度一般在160~190℃（由硬度要求而定），保温时间2小时左右出炉空冷。

在渗碳过程中要随时注意火焰形状，正常的火焰是：火焰呈金黄色，无力不熄灭（断续熄灭，说明水气高了），火苗无黑焰和火星，火苗长100~150mm；若火苗出现火星，说明炉内炭黑过度；火苗过长、尖端外缘呈亮白色，说明渗碳剂供量过多；火苗短、外缘呈浅蓝色并有透明，说明渗碳剂供量不足或炉子漏气。

渗碳过程：煤油→滴量管→罐内→U型管→排气管；

当液滴直径分别为3、3.5及4mm，滴速皆为200滴/分钟，计算结果表明其流量分别为2.82、4.5及6.72毫升/分，相当于1：1.6：2.4。一般以每100平方厘米的渗碳面积滴入1.0~1.2cm3/h的渗碳剂为宜。

气体渗碳工艺：

1，加氨渗碳，在渗碳气体中通入一部分氨气，可以收到良好的效果。一方面由于通入氨可以减少碳黑的形成，另一方面由于NH3分解产生的氮可以加快碳原子的吸收和扩散，缩短渗碳时间。一般是在井式气体渗碳炉的滴管上装一分管，通入2.5~5%的氨即可；

2，煤油（或丙醇）+甲醇的分段渗碳，根据渗碳过程中不同阶段及不同渗剂的性能特点，联合使用煤油（或丙醇）+甲醇进行分段渗碳，在渗碳的不同阶段采用不同的渗剂和滴量。

由于甲醇裂解温度低，产气量大以及不易形成碳黑，所以在排气阶段的前期（900℃以下），单独滴入甲醇，以尽快排除炉内的空气。在炉温高于900℃后，煤油已能充分热解，在正常滴量下也不致形成大量的碳黑，为了更快的恢复炉气活性，改滴煤油，继续排气。保温期可以减少煤油滴量（分解吸收平衡及避免形成碳黑），扩散过程总是慢于吸收过程的特点以及为了降低表层碳浓度，再进一步减少煤油滴量。到降温期预冷时，只要维持炉内还原气氛即可，因此又停滴煤油，改滴少量甲醇。此工艺渗剂耗量小，生产周期短，而且表面含碳量也比较理想（0.8%~1.1%）和渗层中碳浓度分布也较均匀。

3，滴注式可控气氛渗碳，是利用有机液体直接滴入炉罐而进行碳势控制的渗碳工艺，它同时向炉内滴入两种不同的有机液体。一种产生稀释气体，起到冲淡作用；另一种产生富化气，起渗碳作用。

通常选用甲醇（CH3OH）产生稀释气体。甲醇在800℃时就能充分分解，为了防止零件氧化，在650℃时就可用向炉内滴注。作用是渗碳初期排气，渗碳阶段维持炉内正压，并构成恒定的炉气成分。一般采用醇（甲醇、乙醇）类或酯（乙酸乙酯、醋酸乙酯）作为渗碳剂。国内一些单位用丙酮或煤油作为渗碳剂进行滴控也取得满意的效果。

滴注式可控气体渗碳可以获得高质量的渗碳层，表面光洁，碳势可控，又具有井式炉气体渗碳法的经济性和简便性。

二渗氮工艺过程（气体渗氮——液氨）：

炉罐用1Cr18Ni9Ti等不锈耐热钢做的，这种渗氮罐使用一段时间后，其表面往往会对氨的分解起到催化作用，加大氨的分解率，甚至发展到无法控制。因此在使用一段时期后，把渗氮罐加热到800℃以上保温3~4小时或650℃保温6小时进行退氮处理，处理后又可恢复正常使用。

1），渗氮前的设备准备及检查

1，清理氮化管，

2，清理管道,

2），渗氮工件的准备

1，非渗氮面的防护，镀层或涂料，镀层一般是镀锡，涂料是水玻璃和石墨粉的混合物，

2，工件表面的清洗，先用棉布擦干净，再用汽油洗，最后用棉布把工件擦干净；3，工夹具的准备，也要干净、无油垢和铁锈，铁丝也要去除表面的镀锡层

4，工件的装炉，洗好的工件在2小时内装炉，工件的高度不能超过排气管的高度，试样也要一起放进去

5，升温，封炉盖进行升温，有风扇的开风扇并同氨气。氨气流量控制在0.2~0.3m3/小时或0.4~0.5m3/小时，使进气压力保持在20~40mm油柱。然后炉温升到200~250度，保温1~3小时进行排气，用氨气将罐内和管道中的空气排除干净。当罐内空气小于5%或氨气分解率为零时，才允许继续升温。这时可以降低氨气流量，保持罐内正压，使工件不被氧化即可；

当炉温升到450度左右时，控制升温速度，不要过快，以免造成保温初期的超温。同时加大氨气流量，使氨气分解率控制在工艺规定的下限。这样到达温度后，氨气分解率就会保持在要求分为内，可以加快渗氮速度。在到温前5~10度或到温初期，校正温度。渗氮温度以罐内温度为准；

6，保温，

渗氮罐内到达温度后，进入保温阶段。这时根据工艺规范要求调节氨流量，并保持温度和氨气分解率的正确和稳定。保温初期当测得分解率在要求范围内时，记下此时的进气和排气压力，并在整个过程中尽量保持压力不变。同时每隔半小时或一小时测量氨气分解率一次；

此外还要经常观察炉温控制系统和风扇运转是否正常，进气及排气压力是否稳定。